Kojiro: ловкий робот с имитацией костно-мышечной системы человека

Для того чтобы робот мог адекватно взаимодействовать с человеком в его окружающей среде, чтобы не казался слишком громоздким и неуклюжим (да и не был таковым), аппарату необходима такая конструкция, которая бы напоминала человеческий скелет. В таком случае механические и компьютеризованные гуманоиды смогут существовать параллельно с людьми и не представлять опасности. Именно с такой мыслью на уме японские ученые из лаборатории робототехники (JSK Robotics Laboratory) Токийского университета (University of Tokyo) создали Kojiro. Это робот-гуманоид, чье тело копирует скелет, мышцы и сухожилия и имитирует их работу. Цель эксперимента – создание робота, такого же подвижного и легкого, как и человек, а Kojiro поможет понять, как же именно нужно воспроизводить в технике сокращения мышц и сухожилий, которые в итоге приводят к движению тела. Во время пробных испытаний для управления Kojiro используются контроллеры от PS2.
01 Kojiro 1Робот Kojiro отличается гибким позвоночником, так что благодаря этому он может наклоняться в разные стороны, изгибаться и поворачивать торс. Конечно, «Макарену» он пока не станцует, но задатки в плане вращения бедрами у него уже тоже есть.
Как объяснили создатели Kojiro, в суставах других роботов внедрены электромоторы постоянного тока, за счет которых и реализуются все движения. И хотя движения этих механизмов довольно разнообразные, такие машины обычно очень тяжелые. В Kojiro используются такие же моторы, но более эффективно. Они предназначены для натягивания специальных кабелей, симулирующих натяжение и расслабление мышц и сухожилий. В данном гуманоиде таких структур сто, и они слажено и одновременно работают, что делает движения Kojiro плавными и естественными.
Вместо громоздких моторов в суставах творения лаборатории JSK применены легкие и в то же время очень производительные – бесколлекторные двигатели диаметром 16 мм и длиной 66,5 мм. Они-то и обеспечивают движение Kojiro благодаря немалой мощности в 40 Ватт. Каждый такой двигатель оснащен кодовыми датчиками угла поворота, датчиками натяжения, а также термочувствительными и чувствительными к напряжению схемами. В зависимости от нагрева всего механизма двигатели самостоятельно увеличивают или уменьшают мощность своей работы, что препятствует перегреванию всей системы.


Поскольку в производстве тела Kojiro используются легкие материалы, он менее опасен для окружающих его людей – даже если нечаянно заденет кого-то, то уж точно не травмирует.

Для контроля над осанкой и положениями рук и ног в тело робота внедрены датчики угла в шарнирном соединении на «суставах» и сенсоры силы в лодыжках. Для управления балансом тела в голове гуманоида Kojiro встроены три гироскопа и акселерометр, которые выполняют функцию мозжечка.

01 Kojiro 6В принципе, руководить системой робота не так уж и просто, ведь для его правильного положения в пространстве, для обеспечения точности движений необходимо, чтобы все датчики и каждое из механических соединений, выполняющих функции костей, мышц и сухожилий, работали слажено и корректно. На данный момент движения Kojiro довольно простые, но есть надежда, что он вскоре «научится» выполнять и более сложные задания.


Сами исследователи из лаборатории робототехники JSK разработали специальные алгоритмы контроля над телом и движениями Kojiro. Для закрепления пройденного материала – то есть, запоминания изученных движений и ознакомления с новыми, используется система повторяющегося обучения.

Наше собственное тело видится нам не таким уж и сложным механизмом (если не вдаваться в подробности его строения). Казалось бы, что такого замысловатого в вертикальном хождении, в плавных и аккуратных движениях. Однако если припомнить, насколько сложен этот процесс с точки зрения мышечной системы и скелета, да еще и с участием системы нервной, то создание робота, способного имитировать движения мышц и сухожилий, кажется чем-то на грани фантастики. Но нет, вот он, реальный симпатичный Kojiro с добрым лицом, уже способный реализовать пока несложные движения, но вскоре он «обучится» гораздо большему.

При копировании материала ссылка на сайт robotor.ru обязательна.